一起由发电机定子接地保护动作引起机组事故跳闸故障的分析及处理

胡 畅

(国电大渡河大岗山水电开发有限公司，四川 石棉 625409)

发电机定子接地故障是发电机在运行过程中比较常见的一种电气故障，易造成发电机本体绝缘的局部损坏，且故障持续恶化后容易引起相间和匝间故障，事故危害较大[1-2]。目前常见的发电机定子接地保护的基本原理有基波零序和3次谐波构成的100%定子接地保护、外加电源式定子接地保护等[3]。

本次发生事故跳闸事件的电厂，其定子接地保护采用的是发电机保护A套基波零序和3 次谐波构成的100%定子接地保护和B套注入式定子单相接地保护[4]。其不仅能保护发电机定子绕组，而且能对与发电机直接相连的发电机封闭母线、发电机出口和主变低压侧电压互感器、励磁变及高厂变高压侧单相接地故障产生反应[5]。

在发生因发电机定子接地保护动作造成机组事故跳闸事件后，如何快速准确判断故障点位置成为事故分析的首要任务。因此，本文以某电厂1号机组因发电机定子接地保护动作造成电厂1号机组事故跳闸事件为背景，论述了该机组定子接地故障点的分析和寻找过程。

1 故障现象

2020年06月14日00:24:12，上位机报“1F机组1号保护定子接地(3U0+3W)保护跳闸(本地屏)、1F机组1号保护电气事故跳闸(本地屏)、1F机组2号保护电气事故跳闸(本地屏)、1F机组2号保护定子接地(注入式)保护跳闸(本地屏)、1F励磁系统灭磁开关分闸(本地屏)、1F励磁系统灭磁开关分闸(本地屏)”。1号机组电气事故停机流程启动，机组出口断路器DL1、灭磁开关FCB跳闸，机组一级过速动作(最高转速为170.9 r/min(136.72%Ne)，两套测速装置一级过速节点均动作)，甩负荷650 MW，全厂AGC、AVC退出。故障跳闸后，系统电压由533.7 kV上升至537.3 kV，系统频率由50.03 Hz下降至49.9 Hz。

2 故障后检查情况

1号机组事故跳闸事件发生以后，电厂立即组织人员对机组进行检查，检查情况如下所述。

2.1 故障录波装置录波报告

根据图1故障录波波形可知：故障发生后，机端电压和主变低压侧电压C相电压趋近于0，零序电压上升为相电压。机组出口开关分闸后，机端电压C相上升恢复正产，幅值和衰减趋势与A相、B相电压相同；主变低压侧C相电压仍然接近于0，零序电压接近相电压。综合故障录波波形可判断一次设备C相有故障，且故障点位于机组出口开关外侧。

图1 故障录波报告

2.2 保护装置动作报告

1)1号机组1号保护装置动作报告。1号保护装置装置动作报告可知机端零序电压最高达到95.46 V，远远超过“零序电压高定值”15 V，保护动作正确(见图2)。A相、B相电压上升至线电压，C相电压趋近于0，可初步判断保护动作原因为一次设备C相接地。

图2 1号保护装置动作报告

2)1号机组2号保护装置动作报告。2号保护装置装置动作报告可知发电机零序电流最高达到5.427 A，远大于“零序电流跳闸定值”0.41 A，保护动作正确(见图3)。注入式定子接地保护电阻测量结果因装置自身计算周期原因导致测量结果晚于零序电流直接采样显示的结果，但从录波曲线可看出，定子接地测量电阻由20.1 kΩ逐渐降至0。2号保护装置电压采样与1号保护装置电压采样一致，均为A相、B相电压上升至线电压，C相电压趋近于0，由此可推断一次设备C相有接地故障。

图3 2号保护装置动作报告

3 故障原因分析

1)根据故障录波波形可知：故障发生后，机端电压和主变低压侧电压C相电压趋近于0，零序电压上升为相电压；机组出口开关分闸后，机端电压C相上升恢复正产，幅值和衰减趋势与A相、B相电压相同；主变低压侧C相电压仍然接近于0，零序电压接近相电压。综合故障录波波形可判断一次设备C相有故障，且故障点位于机组出口开关外侧。

2)由1号保护装置装置动作报告可知机端零序电压最高达到95.46 V，远远超过“零序电压高定值”15 V，保护动作正确。A相、B相电压上升至线电压，C相电压趋近于0，可初步分析保护动作原因为一次设备C相接地。

3)由2号保护装置装置动作报告可知发电机零序电流最高达到5.427 A，远大于“零序电流跳闸定值”0.41 A，保护动作正确。注入式定子接地保护电阻测量结果因装置自身计算周期原因导致测量结果晚于零序电流直接采样的结果，但从录波曲线可看出，定子接地测量电阻由20.1 kΩ逐渐降至0。2号保护装置电压采样与1号保护装置电压采样一致，均为A相、B相电压上升至线电压，C相电压趋近于0，由此可推断一次设备C相有接地故障。

4)1号机组定子接地保护动作后，机组出口断路器分闸，机组与主变隔离开，但此时监控系统、主变保护装置和故障录波装置采样仍显示C相电压趋近于0，A相、B相电压为线电压。

4 接地故障点检查

1B低压侧电压互感器(1B 2YH)柜内C相避雷器高压进线铜排螺栓连接部位与1B 2YH一次绕组中性点接地电缆接触，因接地电缆绝缘层烧损造成1B低压侧C相直接接地是本次故障的直接原因，故障部位及现象如图4～图7所示。

图4 故障位置

图5 故障现象

图6 故障部位现象

图7 接地电缆烧损情况

1B 2YH一次绕组中性点接地电缆使用了50 mm2阻燃聚氯乙烯软铜线，该电缆绝缘水平较低，仅能承受450/750 V额定电压的长时间稳定运行。该接地电缆与地网相连，正常运行下电压为零，与C相避雷器高压进线铜排螺栓直接接触后，电缆绝缘层将承受10.4 kV相电压，在接触部位将产生局部放电及过热，长时间运行后，造成接触部位聚氯乙烯绝缘层烧损，最终使C相一次部分直接接地。

5 故障点处理

更换1B 2YH一次绕组的中性点接地电缆并固定良好，防止与附近的高压裸露铜排接触，同时打磨C相避雷器高压进线铜排螺栓部位，保持其整洁，防止发热。处理后情况如图8所示。

图8 处理后的部位

6 防范措施

此次机组事故跳闸事件的主要原因是主变低压侧C相避雷器高压进线铜排螺栓连接部位与主变低压侧电压互感器一次绕组中性点接地电缆接触，造成主变低压侧C相接地故障，发电机定子接地保护动作，为防止类似故障再次发生，建议采取以下几项措施：①对设备存在的故障隐患进行全面排查。重点做好一次、机械设备封闭空间内结构状况摸底，形成具体的隐患排查清单，对400 V及以上高压设备裸露部位应进行全面排查和绝缘包扎处理。②加强设备检修现场跟踪力度，掌握实际检修情况，做好检修项目的闭环管理，确保检修项目不漏项、检修范围无死区，进一步提高设备检修质量。③重点排查类似封闭区域设备隐患，将发现隐患、整改隐患、防范隐患作为重点内容，同时强化管理手段和措施，全员行动，举一反三，确保不再发生类似事件。